1704 First-Principles Analysis on Interaction of Dopant and Contamination Metal Atoms in Ge Crystals

Abstract

【緒言】近年，LSI デバイスの小型化，高性能 化が急速に発展している． この技術動向におい て，Si よりもキャリア移動度が大きい Ge を Ge 薄膜/Si 基盤構造で利用する試みが始まって いる．Si 中において，不純物の制御技術はほ ぼ確立されているが，Ge 中において，不純物 の挙動に関する報告は少ない．また，これまで は Cu，Ni，Fe などがゲッタリングの対象であ ったが，デバイスの高性能化に伴い，Ti，Mo， Co，Ta，Pt などの新しい金属材料が用いられ るようになり,これらもゲッタリングの対象と なっている．以上の技術背景から，本研究では 第四～第五周期の金属について，Ge 中のドー パントとの相互作用を第一原理計算法により 解析した． 【計算方法】図 1 に示す 64 原子からなる Ge 結晶の計算セルにおいて，中心の Ge 原子 1 個 をドーパント(Ga，Sb)と置換し，2 つの格子間 サイト(T，H-site)あるいは Ge 原子の置換位 置に金属原子を配置して構造最適化を行い， 全 エネルギーを求めた．さらに，ドーパントと金 属の結合エネルギーE b を計算することで，ド ーパントと金属の相互作用について調べた． Fig.1 Metal positions in diamond structure. 【結果】 各金属原子の最安定位置と結合エネル ギーE b を図 2 と 3 にそれぞれ示す． p 型ドーパントの Ga では，3，4 族の金属原 子は T②サイト (ドーパントの最近接の T サイ ト) ，5~7 族は T サイト，8~12 族は置換位置が 最安定である. 一方，n 型ドーパントの Sb では，すべての 金属原子は置換位置が最安定である． また，3~5 族の金属原子は Ga と結合しやす く，Ag を除く 6~12 族の金属原子は Sb と結合 しやすいこともわかった． Fig.2 Most stable position of metal in Ge.Fig.3 Calculated binding energy E b of dopant and metal in Ge.